Statisk semantisk analyse - Kap. 6 Foiler ved Birger Møller-Pedersen (Forelest 10/3 og 12/ av Stein Krogdahl)

Transkript

1 Statisk semantisk analyse - Kap. 6 Foiler ved Birger Møller-Pedersen (Forelest 10/3 og 12/ av Stein Krogdahl) Oversikt over kapittelet Generelt om statisk semantisk analyse Attributt-grammatikker Symboltabellen (ikke i dag) Datatyper og typesjekking (ikke i dag) Det blir lagt ut oppgaver om attributt-grammatikker som gjennomgås torsdag 12. mars. 3/12/2015 1

2 Hvor er vi nå? - Kap. 6: program Pre - processor Macros Conditional compilation Files text Scanner Partition the text into a sequence of lexemes Can be described by regular expressions Tools: Lex Flex tokens Parser Find the structure of the program - Can be Described by a (BNF) grammar Symbol table syntax - tree Symbol table Checker Checks usage against declarations Checks types in expressions checked syntax-tree with «bindings» Code generator Usually some type of optimizer, for efficient execution Grammars. Top-down and bottomup parsing. + Attributte grammars More or less systematic Tools: Antlr, Yacc, techniques and methods Bison, CUP, etc. 2

3 Hva får vi fra parseren? Sequence of tokens (leksemes) from scanner Syntaks-tre for det gitte programmet. Abstraket eller konkret? Dette treet er typisk abstrakt PARSER declarations program var proc val sentences if while assign. int a := Det er satt av plass i nodene i treet til semantisk informasjon. Denne skal fylles ut semantisk analyse. Eksempler: For uttrykks-noder: Typen For navne-noder: Peker til deklarasjonen a + b 5 3

4 Generelt om (statisk) semantisk analyse Formål: Fylle inn semantisk informasjon i treet, f.eks. typer og pekere til deklarasjon Sjekke alt som kan sjekkes før utførelsen, men ikke under syntaks-analyse Typiske ting som skal sjekkes: at navn er deklarert at bruk av navn er konsistent med deres deklarasjon at typen av (sub)-uttrykk stemmer med operasjonene Men ikke alt kan sjekkes før utførelsen: Merk at man ikke får divisjon med null index out of range i arrayer none-test for remote access. («r.a» er feil om r == null) Ikke alltid klart hvor grensen mellom syntaktisk/semantisk sjekk går (eller bør gå ) if a then... Må godkjennes syntaktisk if a+b then...?? 3/12/2015 4

5 En drøm: Beskrivelse av språkets statiske semantikk Sem-yacc Semantisk sjekker for det aktuelle språk Men: Intet standard beskrivelsesspråk Input til semantisk sjekker er rimelig komplisert Det er alltid en masse ad-hoc regler Derfor: Språkets regler må vanligvis programmeres i hvert tilfelle. Men siden vi gjør det på treet blir reglene oftest greie å oversette til program. Man må forsøke å utvikle programmerings-stiler som gir greiest mulig programmering av semantikksjekkene 3/12/2015 6

6 Kap. 6.1og 6.2: Attributter og attributt-grammatikker Et forsøk på å formalisere (noe av) semantikk-sjekkingen Et attributt er en egenskap ved et språkbegrep Eksempler: statisk? også: typen til uttrykk dynamisk? (av og til statisk) Fortran: statisk, Java: dynamisk statisk? statisk Statiske attributter: Kan beregnes før utførelsen Dynamiske attributter: Må beregnes under utførelsen For attributt-grammatikker er alle attributter statiske, og de er definert i tilknytning til grammatikken for språket 3/12/2015 7

7 Tradisjopnell grammatikk: Eksempel på attributt-grammatikk: Bergener verdien av tall-uttrykk Attributter er variable knyttet til nodene i parseringstreet Alle symboler har her bare ett attributt: «val» Nytt: Hver semantisk regel er knyttet til én produksjon i språkets syntaks: Attributtenes verdier er definert ved: semantiske regler Spesielt for dette tilfellet: Bare ett attributt til hvert grammatikk-symbol, og alle har samme navn: «val» Bare én semantisk regel pr. produksjon 3/12/2015 8

8 Mer attributt-grammatikker Gitt en grammatikk på ren BNF-form For hvert grammatikk-symbol X (terminal eller ikke-terminal) skal det være gitt en mengde (navnede) attributter Attributt-mengdene for de forskjellige grammatikk-symbolene kan generelt være helt forskjellige, men har ofte mye felles Attributtene er ment å materialisere seg som variable knyttet til nodene i et konkret eller abstrakt syntakstre Attributtet a til noden X skrives X.a Attributtene er definert ved at det til hver produksjon er knyttet en semantisk regel av formen (for produksjonen: X 0 -> X 1 X 2 X n ) Eksempler: X1 a 1 X2 X 0 a 1 a 2 X 3 a 1 a 1 a 2 NB: Formlen for hver av disse X1 a 1 a X2 X 0 a 1 a 2 X 3 a 1 a 1 a 2 Pilene er avhengigheter (flyt av verdier under bergningen) 3/12/2015 9

9 Avhengighetsgraf: for et senere eksempel ( based-num -eksempelet) Tegnekonvensjon: «arvede» X Kan også lages om til syntetiserte attributter Mulig beregningsrekkefølge: «syntetiserte» 3/12/

10 Vanlig restriksjon på attributt-grammatikker (litt annen fremstilling enn i boka) Hvert attributt må være av en av følgende to typer: 1. Syntetisert attributt 2. Arvet attributt arvede Restriksjon på syntetiserte attributter: For en produksjon av typen: A -> X 1 X 2 X 3 og et syntetrisert attributt s, så må alle semantiske regler der s nevnes være definert slik: A.s = f(a.a, X 1.b, X 2.c, X 3.d) Her må a være et arvet attributt til A, og b, c og d må være syntetiserte attributter til hhv. X 1, X 2 og X 3 X tre-node syntetiserte X1 Tegnekonvensjon X2 A X3 Mulige avhengigheter for et syntetisert attributt S-attributt-grammatikk: Alle attributter er syntetiserte (alle piler oppover!) 11

11 Restriksjoner på arvede attributter Kan defineres på flere måter. F.eks. slik: For en produksjon av typen: A -> X 1 X 2 X 3 og et arvet attributt a, så må alle semantiske regler der a nevnes være definert slik: X 2.a = f(a.b, X 1.c, X 2.d, X 3.e) Her er a altså et arvet attributt til X 2 (eller til X 1 eller X 3, men ikke til A), b et arvet attributt til A, og c, d og e må være attributter (arvede eller syntetiserte) til X 1, X 2 og X 3, som på tegningen.. b AA c a d X1 X2 X3. Mulige avhengigheter for et arvet attributt etter denne definisjonen e 3/12/

12 Attr.gram. for å beregne verdien av uttrykk (Samme som på tidligere foil) Tradisjopnell grammatikk: Alle symboler (bortsett fra +, - og * ) har det ene attributtet val. Betegnelsen exp i trengs hvis samme grammatikk-symbol brukes fler ganger: Skal ikke beregnes ved semantiske regler. Beregnet av scanner/parser 3/12/

13 Eksempel: Dette gjør vanligvis scanneren Attributter (bare syntetiserte) number: val digit: val Terminaler: - (ingen) 3/12/

14 Man kan gjerne tenke i: flertydige grammatikker abstrakte syntakstrær Attributter exp: val number: val (fra scanneren) terminaler: - Bare syntetiserte attributter: Det er en S-attributt-grammatikk 3/12/

15 Attr.gram. som bygger abstrakt syntakstre Bruker attr.gram. til å beskrive det parseren skal lage: Beskriver det abstrakte syntakstreet ut fra den konkrete syntaksen (en S-attributt-grammatikk) exp term Attributter (bare syntetiserte): For exp, term og factor: tree For number: lexval 3/12/2015 exp term factor number term factor exp - lexval=34 factor * number lexval=42 term factor number lexval=3 16

16 Atributt-grammatikk med arvede attributter Syntetiserte Attributter type, var-list, id: dtype (verdier: real og int) Avhengighets-graf 3/12/

17 Eksempel (både arvede og syntetiserte attributter) Attributter: based-num: val (syntetisert) basechar: base (syntetisert) num: val, base (val er syntetisert) (base er arvet) digit: val (syntetisert) NB: Attributtet «val» kan også få verdien «error» 3/12/

18 Arvede og syntetiserte attributter, forts. Kan også lages om til syntetiserte attributter 3/12/

19 Avhengighetsgraf for based-num -eksempelet Kan også lages om til syntetiserte attributter Mulig beregningsrekkefølge 3/12/

20 Konsistens og beregnbarhet Alle attributter er enten arvede eller syntetiserte Men merk: OK at basechar.base er syntetisert, mens num.base er arvet Alle attributter må være definerte. Sikres ved at innen hver produksjon: alle syntetiserte attributter i venstresiden er definert alle arvede attributter i høyresiden er definert det må (i hvert fall) ikke være noen lokale avhengighetsløkker Siden alle attributter er enten arvede eller syntetiserte, er hvert attributt i et parseringstre definert én og bare én gang 3/12/

21 Løkker i avhengighets-grafen Det må ikke være løkker i avhengighetsgrafen for noe syntakstre! Da er beregning umulig Generelt er dette vanskelig å garantere (tar eksponensiell tid å sjekke) Man kan sjekke det etter at et tre (for en aktuell setningen) er bygget. Om ikke løkker: Finn topologisk sortering som gir brukbar bergnings-rekkefølgerekkefølge Det som brukes: Man overbeviser seg på forhånd om at det ikke kan bli løkker i avhengighetsgrafen for noe syntakstre Forhåndsbestemmer en rekkefølge for beregning 3/12/

22 Beregningsalgoritme for type-grammatikk Gram fra tidligere foil syntetiserte (alle andre arvede) Dette er også skrevet ut som et program i boka! Treet antas å være bygget ferdig på forhånd Filosofi Syntetiserte attributter i T gis verdi ut fra barnas verdier Arvede attributter setts i T s barn ut fra verdiene i T og i andre barn 3/12/

23 Figurer til forrige foil 3/12/

24 L-attributt-grammatikk: For beregning under parsering venstre > høyre Trykkfeil over: Må også kreve at X 0.a 1,..., X 0.a k alle er arvede attributter (ellers kan det oppstå løkker, som umuliggjør bergening) 3/12/2015 Forbudt! Kan gi løkke 25

25 Beregning av L-attributt-grammatikk under rekursiv gjennomgang av treet int beregn_sa(aa){... } else { if («A -> BCD» er brukt) then { int ab,sb,ac,sc,ad,sd; ab = fb(aa); sb = beregn_sb(ab); ac = fc(aa,ab,sb); sc = beregn_sc(ac); ad = fd(aa,ab,sb,ac,sc); sd = beregn_sd(ad); return fa(aa,ab,sb,ac,sc,ad,sd); } else { } Del av attributt-grammatikk: A -> B C D sa = fa(aa,ab,sb,ac,sc,ad,sd) ab = fb(aa) ac = fc(aa,ab,sb ad = fd(aa,ab,sb,ac,sc) Beregning av sa aa B C D ab sb ac sc ad sd Rekursive kall A sa Mulige avhengigheter for beregning av ac 26